功率器件散热方法以及功率器件技术

本发明专利技术提供了一种功率器件散热方法以及功率器件，在功率器件外壳上使用植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。本发明专利技术中通过石墨烯和纳米碳球复合结构散热媒介，同时使用传导和辐射两种方式降低外壳到环境和外壳到散热器之间的热阻，最终降低结到环境热阻，有效控制结温，降低功率器件高温损坏的风险，保证功率器件稳定可靠地运行。

【技术实现步骤摘要】
功率器件散热方法以及功率器件
本专利技术涉及功率管散热
，具体地，涉及功率器件散热方法以及功率器件。
技术介绍
功率管是电路中最容易受到损坏的器件，损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值。功率器件耗散功率的大小取决于管子内部结温Tj，当Tj的值超过允许值后，电流将急剧增大而烧毁功率器件。功率器件消耗的功率越大，结温越高。要保证结温不超过允许值就必须将产生的热量散发出去，散热条件越好则对应于相同结温允许的管耗越大，输出也就越大。因此，功率管的散热问题是至关重要的。如图1、图2所示，图中分别给出了功率管的散热途径以及散热时的等效电路图。从管芯(J-Junction)到环境(A-Ambient)之间主要有两条散热途径：1)管芯到外壳(C-Case)，通过外壳直接向环境散热；2)通过散热器S(中间有界面，包含绝缘衬垫)向环境散热。不同的材料本身的散热情况不同，外壳、散热器等的热阻也各不相同，通过图2中的等效电路来模拟上述的两种散热情况。图2中散发的热能Pc表示为电流的形式，Pc两端的温度分别为结温Tj和环境温度Ta；Rjc表示结到外壳的热阻，Rca表示外壳到环境的热阻，Rcs表示外壳到散热器的热阻，Rsa表示散热器到环境的热阻。降低Rcs和Rsa可以有效增强功率器件散热，及时将管芯热量导出，降低管芯结温。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种功率器件散热方法以及功率器件。根据本专利技术提供的功率器件散热方法，包括如下步骤：在功率器件外壳上植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。优选地，通过在功率器件外壳上和/或功率器件的外壳和散热器之间增加石墨烯和纳米碳球复合结构的散热媒介，具体地，采用植入纳米碳球的石墨烯薄膜的方式降低外壳到环境，和/或外壳到散热器之间的热阻。根据本专利技术提供的功率器件，采用上述任一种散热方式进行散热。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提供的功率器件散热方法通过石墨烯和纳米碳球复合结构散热媒介，同时使用传导和辐射两种方式降低外壳到环境和外壳到散热器之间的热阻，最终降低结到环境热阻，有效控制结温，降低功率器件高温损坏的风险，保证系统稳定可靠运行。2、本专利技术可将功率器件产生的热及时排除，使其工作在较低温度，维持其固定阻抗及较高的电源转换效率。3、本专利技术中的方法可以避免功率器件因高温发生雪崩击穿，延长元件使用寿命。4、本专利技术中的方法可及时把功率器件热能排出，使产品能在较大温度范围的环境里进行操作，有效提高了功率器件的可靠性。5、本专利技术可应用于各种功率器件封装形式，同时减少功率器件外壳与环境及外壳与散热器之间的热阻，适用范围广，结构简单。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为功率器件的结构示意图；图2为图1中的功率器件结到环境的等效热阻示意图；图3为传统功率器件散热示意图；图4为本专利技术中的功率器件散热示意图；图中：1-环境；2-外壳；3-管芯；4-界面；5-散热器；6-传统绝缘衬底；7-引脚；8-引线；9-软焊料；10-纳米碳球的石墨薄膜。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。根据本专利技术提供的功率器件散热方法，包括如下步骤：在功率器件外壳上植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。通过在功率器件外壳上和/或功率器件的外壳和散热器之间增加石墨烯和纳米碳球复合结构的散热媒介，具体地，采用植入纳米碳球的石墨烯薄膜的方式降低外壳到环境，和/或外壳到散热器之间的热阻。本专利技术还提供了一种功率器件，采用上述任一种散热方式进行散热。下面结合附图对本专利技术中的技术方案做更加详细的描述。图3为传统功率器件散热方式，传统功率器件封装塑封外壳与环境之间主要靠对流散，器件外壳与散热器之间使用传统绝缘衬垫隔离电压。图4为本专利技术新型功率器件散热设计。在器件外壳与环境之间增加植入纳米碳球的石墨烯材料，除了加强传导散热，石墨烯晶体结构网格间的碳球可以使管壳上的热量通过辐射的方式散发出去，有效降低功率器件塑封管壳到环境热阻，提高功率器件正面散热能力。器件外壳与散热器之间也使用植入纳米碳球的石墨烯材料代替传统绝缘衬垫，利用石墨烯材料高导热系数将管壳上积聚的热量快速传导到散热器上；除了传导方式外，还可通过辐射方式将管壳积聚的热量散发到环境中。本专利技术中通过石墨烯和纳米碳球复合结构散热媒介，同时使用传导和辐射两种方式降低外壳到环境和外壳到散热器之间的热阻，最终降低结到环境热阻，有效控制结温，降低功率器件高温损坏的风险，保证系统稳定可靠运行。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率器件散热方法，其特征在于，包括如下步骤：在功率器件外壳上使用植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。

【技术特征摘要】
1.一种功率器件散热方法，其特征在于，包括如下步骤：在功率器件外壳上使用植入纳米碳球的石墨烯材料，和/或在功率器件的外壳和散热器之间使用植入纳米碳球的石墨烯材料的衬底。2.根据权利要求1所述的功率器件散热方法，其特征在于，通过在功率器件外...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖奇泊，曾铭钦，
申请(专利权)人：北京绿能芯创电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11